一文彻底搞懂单例设计模式

设计模式概述

掌握设计模式的层次

• 第 1 层：刚开始学编程不久，听说过什么是设计模式
• 第 2 层：有很长时间的编程经验，自己写了很多代码，其中用到了设计模式，但是自己却不知道
• 第 3 层：学习过了设计模式，发现自己已经在使用了，并且发现了一些新的模式挺好用的
• 第 4 层：阅读了很多别人写的源码和框架，在其中看到别人设计模式，并且能够领会设计模式的精妙和带来的好处。
• 第 5 层：代码写着写着，自己都没有意识到使用了设计模式，并且熟练的写了出来。

设计模式介绍

• 设计模式是程序员在面对同类软件工程设计问题所总结出来的有用的经验，模式不是代码，而是某类问题的通用解决方案，设计模式（Design pattern）代表了最佳的实践。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。
• 设计模式的本质提高 软件的维护性，通用性和扩展性，并降低软件的复杂度。
• <<设计模式>> 是经典的书，作者是 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides Design（俗称 “四人组 GOF”）
• 设计模式并不局限于某种语言，java，php，c++ 都有设计模式.

设计模式类型

设计模式分为三种类型，共 23 种
1)创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。

2)结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。

3)行为型模式：模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式（Interpreter 模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。

单例设计模式

所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例， 并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。

单例设计模式八种方式

1)饿汉式(静态常量)

2)饿汉式（静态代码块）

3)懒汉式(线程不安全)

4)懒汉式(线程安全，同步方法)

5)懒汉式(线程安全，同步代码块)

6)双重检查

7)静态内部类

8)枚举

   //饿汉式(静态变量)  --------------这种单例模式可用，可能造成内存浪费
    class Singleton {

        //构造器私有化
        private Singleton() {
        }

        // 本类内部创建对象实例
        private final static Singleton instance = new Singleton();
// 提供一个公有的静态方法，返回实例对象

        public static Singleton getInstance() {
            return instance;
        }
    }

饿汉式（静态代码块）

   //饿汉式（静态代码块）)  --------------这种单例模式可用，可能造成内存浪费
    class Singleton {

        //构造器私有化
        private Singleton() {
        }

      static { // 在静态代码块中，创建单例对象
              instance = new Singleton();
}
// 提供一个公有的静态方法，返回实例对象

        public static Singleton getInstance() {
            return instance;
        }
    }

懒汉式(线程不安全)

//起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。
//如果在多线程下，一个线程进入了 if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通
//过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式
//结论：在实际开发中，不要使用这种方式.
class Singleton {
private static Singleton instance;


private Singleton() {}

//提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
//即懒汉式
public static Singleton getInstance() { if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}

懒汉式(线程安全，同步方法)

//解决了线程安全问题
//效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行 getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次
//实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接 return 就行了。方法进行同步效率太低
//结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式
class Singleton {
private static Singleton instance;

private Singleton() {}

//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
//即懒汉式
public static synchronized Singleton getInstance() { if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}

懒汉式(线程不安全，同步代码块)

public class Singleton5 {

    private static Singleton5 instance;

    private Singleton5() {

    }

    public static Singleton5 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton5.class) {
                instance = new Singleton5();
            }
        }
        return instance;
    }
}

双重检查

//Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次 if (singleton == null)检
//查，这样就可以保证线程安全了。
//这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断 if (singleton == null)，直接 return 
//实例化对象，也避免的反复进行方法同步.
//线程安全；延迟加载；效率较高
//结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式
// 懒汉式(线程安全，同步方法) class Singleton {
private static volatile Singleton instance;


private Singleton() {}

//提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
//同时保证了效率, 推荐使用


public static synchronized Singleton getInstance() { if(instance == null) {
synchronized (Singleton.class) { if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}


}
return instance;
}
}

静态内部类

这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。

静态内部类方式在 Singleton 类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用 getInstance 方法，才会装载 SingletonInstance 类，从而完成 Singleton 的实例化。

类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM 帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。

优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

结论：推荐使用.这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。

    // 静态内部类完成， 推荐使用
    class Singleton {
        private static volatile Singleton instance;

//构造器私有化private Singleton() {}

        //写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

//提供一个静态的公有方法，直接返回 SingletonInstance.INSTANCE public static synchronized Singleton getInstance() {

return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}

枚举
1)这借助 JDK1.5 中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
2)这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式
3)结论：推荐使用

//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
INSTANCE; //属性
public void sayOK() { System.out.println("ok~");
}
}